卫星控制系统可重构性薄弱环节识别方法技术方案

卫星控制系统可重构性薄弱环节识别方法，(1)构建卫星控制系统功能树，功能树的不同层次之间根据卫星控制系统的功能实现方式采用与门或或门进行连接；(2)根据功能树不同层次间的与或关系，采用下行法或者上行法确定功能树的路集族R，所述路集族中的元素为路集，路集中的所有部件都失效时，卫星控制系统总功能丧失；(3)将步骤(2)中确定的路集族R进行简化吸收，得到功能树的最小路集族Rmin；(4)确定卫星控制系统的故障容忍度Ti；(5)将最小的Ti对应路集实现的功能作为卫星控制系统可重构性薄弱环节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属航空航天领域，涉及一种基于功能树最小路集的卫星可重构性薄弱环节识别方法。
技术介绍
随着科技发展，卫星已在国防军事、通信、气象等各个领域发挥着不可替代的作用。为了应对卫星在轨可能发生的各种故障，提高运行质量，必须确保在故障发生后，及时采取有效措施使故障影响降至最低，这是从系统层面克服产品固有可靠性不足，提高卫星运行可靠性和延长寿命的有效手段。由于卫星无法在轨维修，一般只能采用重构的方式恢复系统功能，因此要提高卫星的故障处理能力，需要在设计阶段引入可重构性设计。在卫星 可重构性设计中，需要分析卫星对故障的容忍能力，识别系统的薄弱环节，进而对薄弱环节进行硬件冗余或功能冗余设计，保证其一旦发生故障后能够实现切换或系统重构。目前，在卫星研制过程中，主要依靠可靠性计算、FMEA和设计人员的经验来确定系统的薄弱环节。但上述方法不能从重构角度对系统的薄弱环节进行分析，无法指导卫星的可重构性设计。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种基于功能树最小路集分析的，从而为卫星控制系统的可重构性设计提供依据。本专利技术的技术解决方案是，步骤如下(I)构建卫星控制系统功能树，功能树的树根为卫星控制系统的总功能，总功能包括姿态控制、轨道控制、帆板控制三个功能，每个功能分为测量功能、控制器和执行机构三个子功能，子功能作为功能树的树干，实现子功能的部件作为功能树的树叶，功能树的不同层次之间根据卫星控制系统的功能实现方式采用与门或或门进行连接；(2)根据功能树不同层次间的与或关系，采用下行法或者上行法确定功能树的路集族R，所述路集族中的元素为路集，路集中的所有部件都失效时，卫星控制系统总功能丧失；(3)将步骤⑵中确定的路集族R进行简化吸收，得到功能树的最小路集族Rmin;所述的简化吸收为(3. I)选取路集族R中包含部件最少的路集rmin，并将rmin移入最小路集族Rmin,判断其余路集中是否包含rmin中的所有部件，若包含所有部件，则从路集族R中剔除包含rmin所有部件的路集，若不包含，转步骤(3.2)；(3.2)在路集族R中重新选取包含部件最少的路集rmin，从步骤(3. I)循环执行，直至路集族R变为空集；(4)确定卫星控制系统的故障容忍度Ti,即Ti = Inindri I)-I !Ti G Rmin 且 i = 1，2, , | RminI其中，Ti表示该功能树的第i个最小路集，Ti表示路集A中元素数，RffliJ表示功能树的最小路集族Rmin中包含的最小路集的个数，HiinOri |)表示取IriI中的最小值；(5)将最小的Ti对应路集实现的功能作为卫星控制系统可重构性薄弱环节。所述步骤(2)中下行法确定功能树的路集族R步骤如下从系统的总功能开始，顺次将上层功能置换为下层子功能，遇到与门，将与门的输入竖向串列写出，遇到或门则将或门的输入横向写出，直到全部门都置换到最低层的部件为止，则功能树的路集族R的路集为最终写出的各分枝的部件集合。 所述步骤(2)中上行法确定功能树的路集族R步骤如下(I)确定功能树中最底层的每个子功能的路集，即如果子功能通过或门实现，则或门输入端的所有部件的集合为子功能的路集；如果子功能通过与门实现，则与门输入端的每个部件均为子功能的一个路集；(2)利用功能树中上下层子功能之间的与门和或门关系确定上层子功能的路集；对于与门的情况，上层子功能的路集族为与门所有输入端的子功能的路集组成的集合，即R (上层子功能)=Cjr (下层子功能i) /=1其中n为与门的输入端个数。对于或门的情况，上层子功能的路集族为与门每个输入端子功能的任一路集相并组成的路集集合，即xhh...jn (上层子功能)=Or7.,(下层子功能i) ;=1R (上层子功能)={r;,)2...AU = 1,2, ,,y2 = 1,2, ,y 2, ,7； = 1,2, ,}其中I"/,为下层子功能i的第j个路集，rZ,为与门输入端子功能I的第J1个路集、子功能2的第j2个路集.....子功能n的第jn个路集相并组成的上层子功能的路集。Ii1为下层子功能I的路集个数，n2为下层子功能2的路集个数，nn为下层子功能n的路集个数。本专利技术与现有技术相比有益效果为(I)目前，在卫星控制系统设计中采用的系统薄弱环节分析方法包括FMEA、可靠性评估等，但这些方法主要是从可靠性角度进行分析，很难直接应用于可重构性设计中对薄弱环节的分析。本专利技术通过将卫星控制系统功能逐层分解形成功能树，利用功能树的最小路集给出了系统重构中薄弱环节的确定方法，并采用故障容忍度Ti实现了定量评价。在卫星控制系统的可重构性设计中，针对故障容忍度小的路集需要增加硬件冗余或解析冗余，对于故障容忍度大的路集，可以减少冗余备份，从而尽可能地减少系统重量和功耗。(2)卫星控制系统实现的功能多，包含的部件多种多样，因此卫星控制系统的功能树往往比较复杂。本专利技术针对卫星控制系统的功能树，提出了求解其路集的下行法和上行法。两种方法各具特点下行法简单易懂，适用于人工分析，可用于中小规模的功能树；上行法利用集合理论，适用于计算机编程实现，可以用于分析大规模的功能树。(3)本专利技术提出的功能树易于构建，故障容忍度指标物理意义明确，整个计算过程容易通过计算机编程实现，适用于工程设计。附图说明图I为本专利技术方法流程图；图2为逻辑与门示意图； 图3为逻辑或门示意图；图4为本专利技术姿态控制功能树示意图；图5为本专利技术姿态测量功能树示意图；图6为本专利技术姿态测量功能树路集分析示意图。具体实施例方式下面结合附图及实例对本专利技术做详细介绍，本专利技术，如图I所示，步骤如下(I)从卫星控制系统功能角度建立卫星控制系统的功能树；(2)针对步骤(I)建立的功能树，采用下行法或者上行法确定功能树的路集族R ; (3)将步骤(2)中确定的路集族R进行简化吸收，得到功能树的最小路集族Rmin;⑷根据步骤⑶得到的最小路集族，确定卫星控制系统的故障容忍度，进而分析系统重构的薄弱环节。一、步骤(I)的实现构建卫星控制系统功能树，功能树的树根为卫星控制系统的总功能，总功能包括姿态控制、轨道控制、帆板控制三个功能，每个功能分为测量功能、控制器和执行机构三个子功能，每个子功能可根据不同实现方式进一步划分为下层子功能，子功能作为功能树的树干，实现子功能的部件作为功能树的树叶，功能树的不同层次之间根据卫星控制系统的功能实现方式采用与门或或门进行连接；卫星控制系统功能树的具体构建步骤如下①针对待分析的问题，选择功能树的总功能(树根)。在对卫星控制系统的所有功能进行分析时，功能树的树根为系统总功能，包括姿态控制、轨道控制、帆板控制三个功能。在对卫星控制系统的部分功能进行分析时，功能树的树根为待分析的功能，例如，若分析控制系统的姿态控制功能的重构能力，则以姿态控制功能作为总功能。②对总功能逐层分解，确定功能树的树干(子功能)。卫星控制系统的总功能包括姿态控制、轨道控制、帆板控制三个功能，每个功能分为测量功能、控制器和执行机构三个子功能，每个子功能可根据不同实现方式进一步划分为下层子功能，子功能作为功能树的树干。③根据可重构性分析的最低层次，确定功能树的树叶(部件或功能模块)。如果最低研究层次为部件，则步骤②的最本文档来自技高网...

【技术保护点】
卫星控制系统可重构性薄弱环节识别方法，其特征在于步骤如下：(1)构建卫星控制系统功能树，功能树的树根为卫星控制系统的总功能，总功能包括姿态控制、轨道控制、帆板控制三个功能，每个功能分为测量功能、控制器和执行机构三个子功能，子功能作为功能树的树干，实现子功能的部件作为功能树的树叶，功能树的不同层次之间根据卫星控制系统的功能实现方式采用与门或或门进行连接；(2)根据功能树不同层次间的与或关系，采用下行法或者上行法确定功能树的路集族R，所述路集族中的元素为路集，路集中的所有部件都失效时，卫星控制系统总功能丧失；(3)将步骤(2)中确定的路集族R进行简化吸收，得到功能树的最小路集族Rmin；所述的简化吸收为：(3.1)选取路集族R中包含部件最少的路集rmin，并将rmin移入最小路集族Rmin，判断其余路集中是否包含rmin中的所有部件，若包含所有部件，则从路集族R中剔除包含rmin所有部件的路集，若不包含，转步骤(3.2)；(3.2)在路集族R中重新选取包含部件最少的路集rmin，从步骤(3.1)循环执行，直至路集族R变为空集；(4)确定卫星控制系统的故障容忍度Ti，即Ti＝min(|ri|)？1？？？？？ri∈Rmin且i＝1，2，...，|Rmin|其中，ri表示该功能树的第i个最小路集，|ri|表示路集ri中元素个数，|Rmin|表示功能树的最小路集族Rmin中包含的最小路集的个数，min(|ri|)表示取|ri|中的最小值；(5)将最小的Ti对应路集实现的功能作为卫星控制系统可重构性薄弱环节。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成瑞，王南华，何英姿，王大轶，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：